夜视技术的详细剖析

2008-05-06 11:11:10来源: 飞达光学网

  夜视技术的详细剖析

  夜视器材就是利用微光和红外线这两个条件,把来自目标的人眼看不见的光(微光或红外光)信号转换成为电信号,然后再把电信号放大,并把电信号转换成人眼可见的光信号。这种光-电-光的两次转换乃是一切夜视器材实现夜间观察的共同途径。    

  古今中外的战场上,人们十分重视利用夜幕掩护,夺取白天难以取得的战果。在朝鲜战场上,美军曾发出"太阳是我们的,月亮是中国人的"叹息。然而,纵观近期几场局部战争,美军却几乎全是从夜间发起的。正如海湾战争中的美军空战主要指挥官、空军少将格罗松说:"永远不要忘记,海湾战争的开始、作战和获胜都是在夜间。"美军从怯于夜战到敢于夜战,要归功于夜视技术。夜视技术是应用光电探测和成像器材,将肉眼不可视目标转换(或增强)成可视影像的信息采集、处理和显示技术。   

  在夜暗环境中存在着少量的自然光,如月光、星光、大气辉光等,统统称为夜天光。因为它们和太阳光比起来十分微弱,所以又叫作夜微光。人眼视网膜的感光灵敏度不高,在微光条件下不能充分"曝光"。这是造成人们在夜暗环境中不能正常观察的一个原因。夜暗环境中,除了有微光存在外,还有大量的红外光。世界上一切物体每时每刻都在向外发射红外线,所以无论白天黑夜,空间都充满了红外线。但红外线不论强弱,人们都不能看到。  

  夜视器材就是利用微光和红外线这两个条件,把来自目标的人眼看不见的光(微光或红外光)信号转换成为电信号,然后再把电信号放大,并把电信号转换成人眼可见的光信号。这种光-电-光的两次转换乃是一切夜视器材实现夜间观察的共同途径。 

  1934年,荷兰的霍尔斯特(G·Holst)等人制成第一只近贴式红外变像管,树立起了人类冲破夜暗的第一块里程碑。随着夜视技术的不断进展,品种不断增多,目前主要有:  

  主动式红外夜视仪目前发展较成熟,造价低廉,而且由于自身携带红外光源,所以受环境照明条件的影响较小,观察效果比较好。观察实用距离一般300米左右,主要用于近距离侦察与搜索、短射程武器的夜间瞄准和各种车辆的夜间驾驶。缺点主要是容易暴露。因为红外探照灯发射的红外光束虽不能被肉眼察觉,但能被对方用仪器探测到。  

  微光夜视仪和主动红外夜视仪相比,微光夜视仪体积小、重量轻,而且由于工作方式是被动的,使用起来安全可靠,不易暴露。其作用距离同环境照明条件及天气有关,在星光条件下,可以观察到800米距离上的人员和1.5千米距离上的车辆。但它作用距离与观察效果受到气象影响很大,雨、雾天均不能正常工作,如果一点光线都没有则完全失效。  

  微光电视微光夜视仪是摄像后直接显示的所谓直视式夜视仪。它只能供单人观察,而且观察者必须和仪器一起亲临现场,甚至还要对目标直接进行观察。而军事上有很多场合则要求能间接进行观察以及远距离传输图像,因而发展了微光电视。微光电视的图像清晰,视距远。在良好的天气条件下,其摄像机的作用距离可超过10千米。微光电视还适用定向及定点观察,在对敌固定目标的监视以及对我方重要目标的警戒和安全保卫工作中,都发挥重要作用。不过由于其体积大、笨重,耗电多,操作、维修复杂,而且对自然环境照明条件及天气条件的依赖性大,使其应用范围受到了一定限制。  

  热成像仪以上3种夜视器材都是利用目标反射的光线成像的,而热成像仪则靠接收目标自身发射的红外线成像,所显示的图像反映了目标表面各个部位发射红外线的强弱,发射红外线的强弱又取决于该部位的温度高低,故所显示的图像实质上反映了目标表面各个部分的温差,因而叫热成像仪。  

  由于热成像仪工作方式是完全被动的,不易被对方发现和干扰,同时由于热辐射在大气中的传输能力强,使热成像仪无论白天黑夜都有透过雾、雨、雪进行观察的能力,尤其适合夜间观察。热成像仪的优点还在于它可以探测到用其他手段所无法区别的目标。例如,它可以发现军事人员车辆活动过后又撤离的地区,还可揭露各种军事伪装,"透过"伪装网看清目标。其作用距离比较远。用于手持观察和瞄准射击时,其作用距离为2~3千米;用于舰艇上进行水面观察时,作用距离可达10千米。  

  红外夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪器。它分为主动式和被动式两种:前者用红外探照灯照射目标,接收反射的红外辐射形成图像;后者不发射红外线,依靠目标自身的红外辐射形成 “热图像”,故又称为”热像仪”。夜间可见光很微弱,但人眼看不见的红外线却很丰富。红外线视仪可以帮助人们在夜间进行观察、搜索、瞄准和驾驶车辆。尽管人们很早就发现了红外线,但受到红外元器件的限制,红外遥感技术发展很缓慢。直到1940年德国研制出硫化铅和几种红外透射材料后,才使红外遥感仪器的诞生成为可能。此后德国首先研制出主动式红外夜视仪等几种红外探测仪器,但它们都未能在第二次世界大战中实际使用。  

  几乎同时,美国也在研制红外夜视仪,虽然试验成功的时间比德国晚,但却抢先将其投入实战应用。1945年夏,美军登陆进攻冲绳岛,隐藏在岩洞坑道里的日军利用复杂的地形,夜晚出来偷袭美军。于是美军将一批刚刚制造出来的红外夜仪紧急运往冲绳,把安有红外夜视仪的枪炮架在岩洞附近,当日军趁黑夜刚爬出洞口,立即被一阵准确的枪炮击倒。洞内的日军不明其因,继续往外冲,又糊里糊涂地送了命。红外夜视仪初上战场,就为肃清冲绳岛上顽抗的日军发挥了重要作用。  

  主动式红外夜视仪具有成像清晰、制作简单等特点,但它的致命弱点是红外按照灯的红外光会被敌人的红外探测装置发现。60年代,美国首先研制出被动式的热像仪,它不发射红外光,不易被敌发现,并具有透过雾、雨等进行观察的能力。  

  1982年4月─6月,英国和根廷之间爆发马尔维纳斯群岛战争。4月13日半夜,英军攻击承军据守的最大据点斯坦利港。3000名英军布设的雷区,突然出现在阿军防线前。英国的所有枪支、火炮都配备了红外夜视仪,能够在黑夜中清楚地发现阿军目标。而阿军却缺少夜视仪,不能发现英军,只有被动挨打的份。在英军火力准确的打击下,阿军支持不住,英军趁机发起冲锋。到黎明时,英军已占领了阿军防线上的几个主要制高点,阿军完全处于英军的火力控制下。6月14日晚9时,14 000名阿军不得不向英军投降。英军领先红外夜视器材赢得了一场兵力悬殊的战斗。  

  1991年海湾战争中,在风沙和硝烟弥漫的战场上,由于美军装备了先进的红外夜视器材,能够先于伊拉克军的坦克而发现对方,并开炮射击。而伊军只是从美军坦克开炮时的炮口火光上才得知大敌在前。由此可以看出红外夜视器材在现代战争中的重要作用。

 

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编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2008/0506/article_814.html
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